波波教授演講廳：動手做科探實驗 建立科學家精神

從近年不同學校的STEM教育成果分享可見，課程活動很多也離不開電腦編程的應用，透過電腦操作簡單機械組件去完成特定的任務（例如：mBot, Micro:bit, Arduino等）。 課程配合電腦編程故然可訓練學生的邏輯思維，但若STEM教育太偏重科技（Technology）和工程 （Engineering）的話，可能會乏略了科學素養（Science）和數據分析（Mathematics）的基本科學探究訓練。

波波教授在這裡透過介紹一個既好玩又有趣的科探活動，帶出科學探究和數據分析的方法，給爸媽和老師參考。

這個科探遊戲名為「執米大比拼」，參與人數不少於10位，年齡組別介乎小四至中六。 所需器材及實驗用品包括：米約1公斤、1把尺、小型電子磅和塑膠容器一個。

遊戲指引：

1.用呎量度手掌長度並作紀錄。

 2. 每人用右手一次過盡量拿最多米到容器去磅重，記錄所拿到米的重量。

3. 重複步驟1-2，用Excel試算表把數據輸入作紀錄。

科學假設及推測

推測的科學理論一：因為人類會懂得如何吸取經驗，自我完善及進步，所以第二次拿到的米量應該會比第一次較多。「虛無假設」便是：第一和第二次所得的米量沒有分別或第一次比第二次較多。只要我們實驗的數據能推翻這「虛無假設」，我們的科學理論便成立。（請參考《波波教授演講廳：科學探究——豬會飛嗎？》）

推測的科學理論二：手掌越長，能拿到更多米。「虛無假設」便是：手掌長度和拿到的米量無關。

如何分析結果？

若果第二次的米量比第一次的較多，把第二次的量減第一次的，便會得出正數。我們分别把每一位孩子的數據做這運算，看看有多少孩子得到正數。若我們有20位孩子參加是次實驗，而發現當中18位獲正數，便有90%機率支持我們的理論（如下圖示）。若果只有不多於50%為正數，結果便不太支持我們的理論。高中同學可以學習使用統計方法（如Student ‘s Paired Sample t Test） 作更深入科學數據分析，驗證假設。

怎樣測試「手掌越長拿米越多」的理論？方法十分簡單易，就是把數據用散佈圖（scatter plot）來表達便行了。手掌長度放在橫軸（X-axis），而獲米量放在直軸（Y-axis），把每位孩子的數據如座標般繪畫在圖上。若所有點形成一條由左至右斜向上的直線，便支持我們的理論。小學生可以學習如何使用Excel來繪圖，而高中生亦可以進一步學習使用迴歸分析。

過去十年，我曾跟數百名港大學生進行這有趣的實驗，不單證實了以上兩個理論，還驗證了男生比女生拿米更多呢！透過這簡單科探實驗， 幫助學生建立科學家精神。

以上的科探方法和數據分析可以應用到STEM的產品研發之上。例如：學生可以測試自製吸塵機的長度如何影響其清潔效果。10位同學透過公平測試，比較長和短的吸塵機的清潔效果（如：用多少分鐘去吸入100粒標準紙碎），看看是否長的吸塵機表現較遜色。亦可以散布圖方法看看不同吸塵機長度和清潔效果的關係。

若能把科探和數據分析元素融入STEM學習當中，可以使學生更上一層樓，看到更遠，發展更廣！